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RÉSUMÉ
L’hydrométallurgie a été initialement développée pour extraire des métaux contenus dans des minerais (ressources primaires). Depuis plusieurs décennies, l’hydrométallurgie a dû s’adapter à la nature de plus en plus complexe des minerais et elle est la technologie de choix pour traiter les ressources secondaires (résidus miniers et déchets à recycler). Elle permet d’extraire et de séparer efficacement des éléments métalliques contenus dans des matières premières ou secondaires complexes, et de produire des sels métalliques ou des métaux ultra-purs pour faire face à la demande dans de nombreux domaines stratégiques. Cet article présente les différentes opérations unitaires des procédés hydrométallurgiques et la physicochimie impliquée dans ces opérations.
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Alexandre CHAGNES : Professeur des universités - Directeur scientifique du LabEX RESSOURCES21 Université de Lorraine – GéoRessources – UMR CNRS 7359, 2, rue du Doyen Marcel-Roubault, 54505 Vandœuvre-lès-Nancy (France)
INTRODUCTION
Les procédés de la métallurgie extractive reposent sur une première étape minéralurgique qui a pour but de concentrer les métaux contenus dans les ressources à traiter (ressources primaires issues de la mine, ressources secondaires issues des activités minières ou de recyclage) afin de faciliter les étapes mises en œuvre en aval et de réduire les volumes de flux à traiter, donc la dimension des installations industrielles, et ainsi le coût de traitement (CAPEX et OPEX). Les étapes en aval du procédé minéralurgique peuvent faire intervenir une voie pyrométallurgique ou une voie hydrométallurgique.
La pyrométallurgie a été la première voie employée pour valoriser les métaux contenus dans les ressources primaires dès l’Antiquité. L’hydrométallurgie, quant à elle, n’a vu le jour qu’à partir de la fin du XIXe siècle. On peut par exemple citer le procédé de cyanuration de l’or qui a été développé en 1887 et celui de l’argent, en 1900, ou encore l’électrolyse du zinc, réalisée industriellement à partir de 1916. L’hydrométallurgie s’est fortement développée depuis le début du XXe siècle et elle continue de prendre le pas sur les procédés pyrométallurgiques pour la production de nombreux métaux contenus dans les ressources primaires (Zn, Ni, Cu, terres rares) mais aussi plus récemment pour le recyclage (récupération des terres rares dans les aimants permanents, recyclage des déchets d’équipements électriques et électroniques dont les batteries lithium-ion, etc.).
Par rapport à la pyrométallurgie, l’hydrométallurgie est moins coûteuse en énergie puisque les opérations sont effectuées à des températures bien inférieures. Le facteur de taille est aussi à considérer, car de petites unités peuvent être conçues à des coûts réduits. Elle permet aussi le traitement de minerais plus pauvres tout en améliorant le raffinage et le rendement d’extraction.
Nous verrons tour à tour, dans cet article, les diverses étapes d’un traitement hydrométallurgique, des éléments de dimensionnement ainsi que des exemples de traitements de minerais et de déchets.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1988 par André CHESNÉ, Dominique PAREAU
- Version archivée 2 de juin 2000 par Laurent RIZET, Pierre-Emmanuel CHARPENTIER
- Version archivée 3 de sept. 2000 par Laurent RIZET, Pierre-Emmanuel CHARPENTIER
DOI (Digital Object Identifier)
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9. Conclusion
L’hydrométallurgie fait appel à des notions de chimie, d’électrochimie et de génie des procédés, et nécessite une pluridisciplinarité importante de la part des utilisateurs. Faisant appel à de nombreuses techniques, elle permet, par contre, de résoudre de nombreux problèmes.
D’abord appliquée aux minerais riches, elle a ensuite été étendue aux minerais plus pauvres et polymétalliques, du fait de l’abaissement des coûts de production par rapport à la pyrométallurgie. L’hydrométallurgie est la voie la plus adaptée pour traiter les déchets contenant des métaux qui sont complexes et polymétalliques, car elle seule permet de récupérer et de séparer la majorité des métaux contenus dans ces déchets (un téléphone portable contient aujourd’hui plus de 40 métaux).
Les nombreux types d’agents de lixiviation, de méthodes de purification et d’élaboration du métal ont permis d’appliquer l’hydrométallurgie au traitement des déchets et de l’eau. Du fait de sa grande sélectivité, des procédés de traitement de déchets tels que les poussières d’aciéries électriques ont été mis au point et développés jusqu’au stade industriel. Actuellement, de nombreuses recherches sont en cours sur différents déchets tels que les boues d’hydroxydes métalliques ou les sols pollués, ou encore sur le recyclage des batteries lithium-ion, ou la récupération des terres-rares contenues dans les aimants permanents des éoliennes ou des moteurs des véhicules électriques.
Les procédés hydrométallurgiques sont de mieux en mieux maîtrisés et génèrent de moins en moins de déchets et de rejets aqueux. De plus, ils sont moins touchés par les écotaxes sur la pollution de l’air. Les coûts d’investissement sont moins élevés que pour les procédés pyrométallurgiques, et ils sont mieux adaptés au traitement de déchets qui concernent des flux moins importants que le traitement de minerais.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SHIH (Y.J.), CHIEN (S.K.), JHANG (S.R.), LIN (Y.C.) - Chemical leaching, precipitation and solvent extraction for sequential separation of valuable metals in cathode material of spent lithium ion batteries. - J. Taiwan Inst. Chem. Eng., 100, p. 151-159 (2019).
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(3) - GOLMOHAMMADZADEH (R.J.), FARAJI (F.), RASHCHI (F.) - Recovery of lithium and cobalt from spent lithium ion batteries (LIBs) using organic acids as leaching reagents: A review. - Resource Conservation and Recycling,136, p. 418-435 (2018).
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(4) - LEWIS (A.E.) - Review of metal sulphide precipitation. - Hydrometallurgy, 104(2), p. 224-234 (2010).
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(5) - CHAGNES (A.), SWIATOWSKA (J.) - Lithium process chemistry: resources, extractions, batteries and recycling. - Elsevier (2015).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Fragmentation appliquée aux minerais métalliques.
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Biotechnologies dans la métallurgie extractive – Microbiologie et extraction des métaux.
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